一种教学用微晶玻璃及其制备方法

一种教学用微晶玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种教学用微晶玻璃及其制备方法，属于教学用具领域。

背景技术

微晶玻璃(CRYSTOE and NEOPARIES)又称微晶玉石或陶瓷玻璃，它具有玻璃和陶 瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微 晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。所以，微晶玻璃比陶 瓷的亮度高，比玻璃韧性强。

微晶玻璃具有比一般玻璃更为优良的特性，主要表现为：1、具有更加稳定的化学 性能：抗水合，抗水化能力，抗阳离子交换能力；2、具有更高的机械强度；3、具有更优良的电 学性能：介电损耗率最低；4、具有良好的热学性能：热膨胀系数低，热振稳定性能好，高温软 化的温度点高。

微晶玻璃的应用范围及其广泛，在机械工程领域、电力工程及电子技术领域和光 学领域中有着及其广泛的应用，但是现有的微晶玻璃机械强度，耐酸碱性能和热振稳定性 能并不能完全满足相关领域的要求，导致了微晶玻璃性能不足，不利于微晶玻璃的应用。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种教学用微晶玻璃，具有热振稳定性能好、无毒无 污染、耐酸耐碱性好和物理性能好的优点。

本发明要解决的另一问题是提供一种教学用微晶玻璃的制备方法，具有工艺简 单、加工方便、成本低、安全无污染和节能省时的优点。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种教学用微晶玻璃，所述微晶玻璃主要包括以下质量份的原料：Nb₂O₅6～10份、 SiO₂40～60份、Al₂O₃2～6份、OSr30～50份、Ta₂O₅4～8份、TiO₂3～5份、ZrO₂2～4份和P₂O₅4～8 份。

以下是对上述技术方案的进一步优化：

一种教学用微晶玻璃的制备方法，所述制备方法依次包括以下步骤：1. 原料预处理、 2. 制备坯体、3. 高温烧结、4.冷却成型、5.低温烧结、6.加工完成。

所述原料预处理步骤为：将Nb₂O₅、Al₂O₃、Ta₂O₅和TiO₂搅拌均匀并粉碎呈粉末状，将 混合后的粉末放入到1800～1900℃的窑炉中，烧制2小时，取出后烘干并粉碎备用；

将SiO₂、OSr和ZrO₂搅拌均匀并粉碎呈粉末状，将混合后的粉末放入到2000～2100℃的 窑炉中，烧制2小时，取出后烘干并粉碎备用；

所述制备坯体步骤为：将预处理后的原料和P₂O₅混合均匀后加入PVA作为粘结剂，研磨 造粒，将造粒好的粉料干压成型，再将坯体做冷等静压，冷等静压的压力为350～400MPa，保 压时间为1min。

所述高温烧结：将冷等静压后的坯体置于箱式高温炉中煅烧排除粘结剂，然后将 坯体在1600～1650℃下煅烧0.5小时，升温速度为300～350℃每小时。

所述低温烧结：将冷却成型步骤制备的牙齿在900～1000℃下煅烧0.5小时，升温 速度为250～300℃每小时。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明制备方法具有工艺简单、加工方 便、成本低、安全无污染和节能省时等特点，与常规烧结相比，烧结时间缩短80%；

本发明制备的微晶玻璃热振稳定性能好，无毒无污染，耐酸耐碱性好，物理性能好，其 断裂韧性大于11MPa·m^1/2，抗压强度大于360 MPa，弯曲强度大于85MPa，维氏硬度大于 6GPa，莫氏硬度大于6.5，吸水率为0，白度大于90，抗冻性小于0.02%。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

实施例1，一种教学用微晶玻璃，主要包括以下质量份的原料：Nb₂O₅6份、SiO₂40份、 Al₂O₃2份、OSr30份、Ta₂O₅4份、TiO₂3份、ZrO₂2份和P₂O₅4份。

一种教学用微晶玻璃的制备方法包括以下步骤：

1.原料预处理：准确称取以上原料，将Nb₂O₅、Al₂O₃、Ta₂O₅和TiO₂搅拌均匀并粉碎呈粉末 状，将混合后的粉末放入到1800～1900℃的窑炉中，烧制0.5小时，取出后烘干并粉碎备用；

将SiO₂、OSr和ZrO₂搅拌均匀并粉碎呈粉末状，将混合后的粉末放入到2000～2100℃的 窑炉中，烧制0.5小时，取出后烘干并粉碎备用；

2.制备坯体：将P₂O₅和步骤1中预处理后的原料混合均匀后加入PVA作为粘结剂，研磨 造粒，将造粒好的粉料干压成型，再将坯体做冷等静压，冷等静压的压力为350～400MPa，保 压时间为1min；

3.高温烧结：将冷等静压后的坯体置于箱式高温炉中煅烧排除粘结剂，然后将坯体在 1600～1650℃下煅烧0.5小时，升温速度为300～350℃每小时；

4.冷却成型：将步骤3制备的坯体冷却加工成牙齿形状；

5.低温烧结：将步骤4制备的牙齿在900～1000℃下保温0.5小时，升温速度为250～300 ℃每小时；

6.加工完成：将步骤5制备的牙齿进行冷却、切边、抛光，完成加工。

实施例2，一种教学用微晶玻璃，主要包括以下质量份的原料：Nb₂O₅8份、SiO₂50份、 Al₂O₃4份、OSr40份、Ta₂O₅6份、TiO₂4份、ZrO₂3份和P₂O₅6份。

一种教学用微晶玻璃的制备方法包括以下步骤：

1.原料预处理：准确称取以上原料，将Nb₂O₅、Al₂O₃、Ta₂O₅和TiO₂搅拌均匀并粉碎呈粉末 状，将混合后的粉末放入到1800～1900℃的窑炉中，烧制0.5小时，取出后烘干并粉碎备用；

将SiO₂、OSr和ZrO₂搅拌均匀并粉碎呈粉末状，将混合后的粉末放入到2000～2100℃的 窑炉中，烧制0.5小时，取出后烘干并粉碎备用；

2.制备坯体：将P₂O₅和步骤1中预处理后的原料混合均匀后加入PVA作为粘结剂，研磨 造粒，将造粒好的粉料干压成型，再将坯体做冷等静压，冷等静压的压力为350～400MPa，保 压时间为1min；

3.高温烧结：将冷等静压后的坯体置于箱式高温炉中煅烧排除粘结剂，然后将坯体在 1600～1650℃下煅烧0.5小时，升温速度为300～350℃每小时；

4.冷却成型：将步骤3制备的坯体冷却加工成牙齿形状；

5.低温烧结：将步骤4制备的牙齿在900～1000℃下煅烧0.5小时，升温速度为250～300 ℃每小时；

6.加工完成：将步骤5制备的牙齿进行冷却、切边、抛光，完成加工。

实施例3，一种教学用微晶玻璃，主要包括以下质量份的原料：Nb₂O₅10份、SiO₂60 份、Al₂O₃6份、OSr50份、Ta₂O₅8份、TiO₂5份、ZrO₂4份和P₂O₅8份。

一种教学用微晶玻璃的制备方法包括以下步骤：

1.原料预处理：准确称取以上原料，将Nb₂O₅、Al₂O₃、Ta₂O₅和TiO₂搅拌均匀并粉碎呈粉末 状，将混合后的粉末放入到1800～1900℃的窑炉中，烧制0.5小时，取出后烘干并粉碎备用；

将SiO₂、OSr和ZrO₂搅拌均匀并粉碎呈粉末状，将混合后的粉末放入到2000～2100℃的 窑炉中，烧制0.5小时，取出后烘干并粉碎备用；

2.制备坯体：将P₂O₅和步骤1中预处理后的原料混合均匀后加入PVA作为粘结剂，研磨 造粒，将造粒好的粉料干压成型，再将坯体做冷等静压，冷等静压的压力为350～400MPa，保 压时间为1min；

3.高温烧结：将冷等静压后的坯体置于箱式高温炉中煅烧排除粘结剂，然后将坯体在 1600～1650℃下煅烧0.5小时，升温速度为300～350℃每小时；

4.冷却成型：将步骤3制备的坯体冷却加工成牙齿形状；

5.低温烧结：将步骤4制备的牙齿在900～1000℃下保温0.5小时，升温速度为250～300 ℃每小时；

6.加工完成：将步骤5制备的牙齿进行冷却、切边、抛光，完成加工。

由上述各实施例所制得的微晶玻璃性能如下表：

本发明制备方法具有工艺简单、加工方便、成本低、安全无污染和节能省时等特点，与 常规烧结相比，烧结时间缩短80%；

本发明制备的微晶玻璃热振稳定性能好，无毒无污染，耐酸耐碱性好，物理性能好，其 断裂韧性大于11MPa·m^1/2，抗压强度大于360 MPa，弯曲强度大于85MPa，维氏硬度大于 6GPa，莫氏硬度大于6.5，吸水率为0，白度大于90，抗冻性小于0.02%。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通 技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术 启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。